Mio-tech-service.ru

Автомобильный журнал
1 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Механическая обработка коленчатых валов

Технология изготовления коленчатых валов

РубрикаПроизводство и технологии
Видреферат
Языкрусский
Дата добавления18.05.2016
Размер файла601,0 K
  • посмотреть текст работы
  • скачать работу можно здесь
  • полная информация о работе
  • весь список подобных работ

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Технология изготовления коленчатых валов

Коленчатые валы подразделяют на цельные, составные и сборные. Цельные изготавливают длиной до 5000 мм, составные — из двух секций для крупных судовых двигателей, сборные — для двигателей небольшой мощности (например, мотоциклетные двигатели). Наиболее массовыми в производстве считаются коленчатые валы автотракторных двигателей. Их длина составляет от 400 до 1000 мм. Являясь конструктивно и технологически сложной деталью, коленчатый вал считается одной из самых ответственных деталей двигателя. Все это обуславливает высокие требования к точности изготовления коленчатых валов: точность диаметральных размеров коренных и шатунных шеек IT6 (реже IT5); допуски формы коренных и шатунных шеек не более 0,3 от допуска на диаметр этих шеек; отклонения от соосности расположения коренных шеек не более 0,02 мм, от параллельности осей коренных и шатунных шеек не более 0,015 мм на длине шейки; угол разворота колен в пределах ±30′; биение коренных шеек относительно оси центровых отверстий в пределах 0,01. 0,03 мм; шероховатость поверхности коренных и шатунных шеек Ra = 0,08 . 0,32 мкм; дисбаланс коленчатых валов в пределах 15 . 40 г-мм; твердость коренных и шатунных шеек HRCэ 58 . 62 при глубине 3 . 5 мм.

Коленчатые валы в зависимости от напряженности изготавливают из углеродистых сталей 45, 45А, 40Х, 45Г2, 50Г и др. Для дизельных более нагруженных двигателей применяют легированные стали 18ХНМА, 40ХНМА, 42ХМФА, 18Х2Н4ВА и др. Хромоникелевольфрамовая сталь 18Х2Н4ВА отличается особенно высокой прочностью (твердость НВ 321. 381) и ударной вязкостью. Поверхностную твердость и износостойкость углеродистых сталей повышают термической обработкой с нагревом токами высокой частоты (ТВЧ). Твердость и усталостную прочность поверхностного слоя валов из высоколегированных сталей 40ХМА, 18Х2Н4ВА обеспечивают азотированием. коленчатый вал технологический

В качестве материала для коленчатых валов применяют и высокопрочный чугун с шаровидной формой графита. Такие чугуны содержат 0,2 . 0,25 % Сr, 1,15 . 1,4% Мn, не более 0,002 . 0,14 % S, а также незначительное количество церия и других легирующих элементов. Механические свойства таких чугунов близки к свойствам высококремнистой стали. Материал имеет высокие эксплуатационные качества и хорошо обрабатывается режущим инструментом. Применяют также и серые чугуны, модифицированные сплавом ферроцерия с магнием.

В качестве заготовок коленчатых валов автотракторных двигателей используют штамповки, изготовленные на автоматических линиях. Так, заготовку для двигателя КАМАЗ получают из горячекатаной труднообрабатываемой стали 42ХМФА, легированной ванадием. На АЛ проводят индукционный нагрев, предварительное формоизменение заготовки вальцеванием, штамповку на кривошипном горячештамповочном прессе, обрезание облоя и выкрутку колен на гидравлическом прессе, правку заготовки, термическую обработку с контролем твердости поковок, удаление окалины с заготовки. Применяемые на заводах ТП изготовления заготовок обеспечивают высокие точностные параметры. Более крупные заготовки, например для тепловозных двигателей, изготавливают методом «гибки с высадкой», сущность которого заключается в следующем. Исходную заготовку — слиток — нагревают в газопламенной печи и на мощном прессе подвергают протяжке, в результате которой получают длинную круглую заготовку. Эту заготовку обтачивают по наружному диаметру в механическом цехе с целью удаления дефектов поверхности после ковки. Для последующего формоизменения участок заготовки под одно колено нагревают токами промышленной частоты и подают под пресс, где в штампе сначала высадкой, а затем гибкой формообразуют колено. Так последовательно получают каждое колено. Это позволяет, используя менее мощное оборудование, получить качественную заготовку со значительно меньшими припусками и благоприятным расположением волокон. Заготовки крупных судовых двигателей изготавливают в серийном производстве методом свободной ковки универсальными инструментами; Ки.м в этом случае составляет 0,2. 0,25.

Заготовки литых валов получают литьем в песчаные или оболочковые формы. Литье в оболочковые формы обеспечивает квалитет точности IT12. IТ14 с припусками на обработку 1,5. 3 мм. Это позволяет отдельные поверхности оставлять черными и начинать обработку шеек шлифованием. Из-за высокой износоустойчивости чугуна шейки валов иногда не подвергают термической обработке.

Коленчатые валы автомобильных и тракторных двигателей изготавливают в крупносерийном и массовом производствах на поточных или автоматических линиях по типовым ТП. В качестве баз для обработки коренных шеек и других поверхностей принимают центровые отверстия, на которых выполняют черновую, чистовую и отделочную обработки, сохраняя принцип постоянства баз. Соответственно шатунные шейки обрабатывают при базировании по коренным шейкам, что обеспечивает их параллельность и точность радиуса кривошипа. Угловыми базами служат обработанные площадки на противовесах или поверхностях кривошипов. В качестве базы по длине используют поверхности щек средней коренной шейки. В серийном производстве при изготовлении коленчатых валов специальных ответственных двигателей ТП отрабатывают особенно тщательно. Они состоят из 40, 60 и более операций. Отдельные поверхности подвергают 3- или 4-кратному шлифованию.

Читать еще:  Основные элементы коленчатого вала

Рассмотрим особенности обработки заготовки коленчатого вала для V-образного 12-цилиндрового двигателя, имеющего 6 шатунных и 7 коренных опор. В качестве заготовки использована штамповка, изготовленная на кривошипном горячештамповочном прессе. Материал заготовки 18ХНВА. Укрупненно процесс можно разделить на четыре этапа.

Черновая обработка, которая заключается в удалении больших объемов материала (обработка концов вала, центровых отверстий, обтачивание коренных шеек за два установа, шлифование четвертой коренной шейки под люнет, обтачивание шатунных шеек), шлифовании коренных шеек, обработке центрального отверстия в коренных шейках и отверстий в шатунных шейках. Этап заканчивается закалкой и высоким отпуском.

Восстановление баз — центровых фасок, шлифование пятой коренной шейки под люнет, обработка концов вала, коренных и шатунных шеек, шлифование шеек, обработка контуров щек, их скосов, шлифование торцев щек, окончательная обработка центрального отверстия и отверстий в шатунных шейках, обработка смазочных отверстий и старение.

Восстановление баз, шлифование коренных и шатунных шеек, азотирование.

Восстановление баз, полирование торцев щек их контуров, двухкратное шлифование коренных и однократное шлифование шатунных шеек, полирование центрального отверстия и отверстий в шатунных шейках, балансировка детали.

После изготовления деталей выполняют контроль их размеров.

При обработке заготовок коленчатых валов структура построения операций и применяемое оборудование зависят от объема выпуска. При этом в любом процессе особое внимание уделяется состоянию базовых поверхностей и выполнению отделочных операций для формирования высокой точности обработки.

Для снижения деформаций при обработке заготовок нежестких коленчатых, распределительных и других валов применяют кроме люнетов специальные станки с центральным или двухсторонним приводом.

В массовом и крупносерийном производствах обработку базовых поверхностей заготовок коленчатых валов выполняют специальным инструментом на торцеподрезных центровальных станках. В основу конструкции станка положен торцеподрезной полуавтомат и балансировочная машина. Обработку выполняют после нахождения оси, относительно которой заготовка наиболее уравновешена. Базирование заготовки осуществляют по крайним коренным шейкам.

Коренные шейки обрабатывают на специальных многорезцовых станках с центральным или двухсторонним приводом в центрах. Обработку шатунных шеек ведут на специальных токарных станках, основное кинематическое движение в которых задается с помощью двух эталонных коленчатых валов (рис. 1). Заготовка 1 вращается синхронно с эталонами 3 относительно коренных шеек. Кулисы суппорта 2 с инструментами 4, совершая плоскопараллельное движение, перемещаются вместе с обрабатываемыми шейками. Благодаря этому сохраняется неизменной кинематика резания.

При обработке заготовок более крупных валов, например для тепловозных двигателей, такие станки не применяют из-за больших вращающихся масс. Обработку шатунных шеек в этом случае ведут на токарно-дисковых станках последовательно, одну за другой (рис. 2). В конструкции станка имеется вращающийся суппорт 1, который приводится во вращение зубчатым венцом 2 от червячного привода и осуществляет главное рабочее движение инструмента 3. Радиальное перемещение суппорт совершает по призматическим направляющим 4.

Рис. 1 Схема обтачивания шатунных шеек коленчатого вала (I — траектория движения центра обрабатываемой шейки; II — траектория движения режущей кромки резца)

Рис. 2 Схема обработки коленчатого вала на токарно-дисковом станке

Перед обработкой заготовку крайними коренными шейками устанавливают в призмы 5, выверяя по разметке горизонталь. Ось обрабатываемой коренной шейки совмещают с осью вращающегося суппорта поворотом заготовки вала вокруг его оси и поперечным перемещением корпуса 6. Заготовку по коренным шейкам закрепляют элементами 7. На таких станках обрабатывают и контуры щек. Точность при чистовой обработке может достигать IT8, IT9 при шероховатости Ra = 1,25…2,5 мкм.

Рис. 3 Схема термической обработки с нагревом ТВЧ (а) и защитные керамические полукольца (б) (q — направление теплового потока при отпуске

Термическая обработка шеек валов обычно заключается в закалке и низком отпуске до твердости HRCэ 55. 58. В условиях крупносерийного и массового типов производства закалку ведут с нагревом ТВЧ. Заготовки устанавливают вертикально шейками в индукторы 1 (рис. 3, а), нагрев ТВЧ продолжается определенное время, а затем из этих же индукторов подается вода и происходит закалка поверхностного слоя. Длительностью охлаждения регулируют температуру отпуска и соответственно твердость закаливаемой поверхности.

Если переходные поверхности валов — галтели — подвергают поверхностным пластическим деформациям, то в процессе термической обработки их защищают керамическими полукольцами (рис. 3, б) или обмазывают специальным составом, а затем (после термической обработки) обкатывают роликами.

Для повышения общей усталостной прочности и износостойкости поверхностей шеек коленчатых валов применяют азотирование. Для этого вал устанавливают на выдвижную платформу электрической тоннельной печи, укладывают коренными шейками на графитовые подшипники, сообщают ему медленное вращение для исключения появления деформации в процессе азотирования. Азотирование проходит при температуре в печи 520. 530°С, его выполняют перед последней отделочной операцией. Твердость поверхности на глубине 0,30…0,40 мм достигает HV 1000 и выше.

Читать еще:  Коленвал: главные элементы детали

Для ответственных двигателей в качестве отделочной операции применяют микрошлифование подпружиненными шлифовальными брусками, совершающими дополнительно осциллирующее движение в осевом направлении одновременно всех коренных и шатунных шеек, а также наружное хонингование брусками с алмазным наполнителем.

Контроль коленчатых валов ведут на многоинструментных контрольных приспособлениях или машинах, позволяющих сразу определить многие размеры и параметры.

Размещено на Allbest.ru

Подобные документы

Классификация валов по геометрической форме. Изготовление ступенчатых валов. Материалы и способы получения заготовок. Технология обработки ступенчатых валов со шлицами (термообработка–закалка). Способы обтачивания наружных поверхностей, оборудование.

презентация [4,5 M], добавлен 05.11.2013

Служебное назначение и требование к точности коленчатых валов. Материал и способы получения заготовок для коленчатых валов. Механическая обработка коленчатых валов. Токарная обработка коренных шатунных шеек. Обработка внутренних плоскостей и смазочных кан

реферат [16,5 K], добавлен 07.11.2004

Технология изготовления деталей и узлов подсвечника, выбор материалов. Обоснование технологии изготовления деталей, выбор технологических переходов и операций. Последовательность изготовления художественного изделия методом обработки деталей давлением.

курсовая работа [419,5 K], добавлен 04.01.2016

Формы валов и осей. Обеспечение необходимого вращения деталей. Материалы и термическая обработка для изготовления деталей. Углеродистые и легированные стали. Выбор стали для изготовления валов двигателей. Сравнительный анализ сталей 40, 40Х, 40ХФА.

реферат [732,1 K], добавлен 25.06.2014

Определение токарной обработки как метода изготовления деталей типа тел вращения (валов, дисков, осей, фланцев, колец, втулок, гаек, муфт) на токарных станках. Сущность обработки металлов. Анализ технологичности деталей и выбор метода получения заготовки.

курсовая работа [968,8 K], добавлен 23.09.2011

Основные элементы коленчатого вала

  • Коренная шейка — опора вала, лежащая в коренном подшипнике, размещённом в картере двигателя.
  • Шатунная шейка — опора, при помощи которой вал связывается с шатунами (для смазки шатунных подшипников имеются масляные каналы).
  • Щёки — связывают коренные и шатунные шейки.
  • Передняя выходная часть вала (носок) — часть вала на которой крепится зубчатое колесо или шкив отбора мощности для привода газораспределительного механизма (ГРМ) и различных вспомогательных узлов, систем и агрегатов.
  • Задняя выходная часть вала (хвостовик) — часть вала соединяющаяся с маховиком или массивной шестернёй отбора основной части мощности.
  • Противовесы — обеспечивают разгрузку коренных подшипников от центробежных сил инерции первого порядка неуравновешенных масс кривошипа и нижней части шатуна.

Определяются как результат расчётов, причём часть размеров задаётся исходя из выбранной компоновки. Например, количество шатунных шеек определяется в зависимости от числа цилиндров. В многорядных двигателях (V, W, X-образных, звездообразных) одна шатунная шейка воспринимает нагрузки сразу нескольких шатунов (или одного центрального, соединённого с прицепными). Коленчатый вал воспринимает крутящий момент, имеющий переменное значение, а следовательно, работает на скручивание и должен иметь достаточный запас прочности по усталостному напряжению на сдвиг. Прочность коленчатого вала зависит от соосности его опор, смещение вызывает значительный рост с возможностью разрушения по щёкам [1] .

Стальные валы (чаще всего) имеют невысокое внутреннее демпфирование крутильных колебаний, что в некоторых случаях угрожает валу разрушением из-за резонанса при прохождении опасной зоны по числу оборотов. Поэтому валы такие снабжают демпферами крутильных колебаний, расположенными на переднем носке вала [1] .

Кроме усталостной прочности, коленвалы должны иметь определённую площадь шеек, задающую контактное давление подшипников скольжения или качения. Максимальное контактное давление и скорость скольжения для антифрикционных материалов может быть несколько повышено при высокой твёрдости шеек и высококачественной смазке. Превышение их выше допустимых ведёт к выплавке/растрескиванию антифрикционного слоя или питтингу роликов (подшипники качения) [1] .

Диаметр шатунных шеек (исходя из упомянутых соображений) может быть увеличен косым разъёмом шатуна (что увеличивает его трудоёмкость и стоимость), длину же можно увеличить либо за счёт коренных шеек (что увеличивает контактное давление), либо увеличением расстояния между цилиндрами (что ведёт к увеличению габаритов и массы двигателя). В последние десятилетия, в связи с появлением новых высокопрочных антифрикционных сплавов и высококачественных масел, длину шеек валов (а вместе с ним — и межцилиндровое расстояние) конструкторы сокращают [1] .

Механическая обработка коленчатых валов [ | ]

Сложность конструктивной формы коленчатого вала, его недостаточная жесткость, высокие требования к точности обрабатываемых поверхностей вызывают особые требования к выбору методов базирования, закрепления и обработки вала, а также последовательности, сочетания операций и выбору оборудования. Основными базами коленчатого вала являются опорные поверхности коренных шеек. Однако далеко не на всех операциях обработки можно использовать их в качестве технологических. Поэтому в некоторых случаях технологическими базами выбирают поверхности центровых отверстий. В связи со сравнительно небольшой жесткостью вала на ряде операций при обработке его в центрах в качестве дополнительных технологических баз используют наружные поверхности предварительно обработанных шеек.

Читать еще:  Особенности стальных коленвалов

При обработке шатунных шеек, которые в соответствии с требованиями технических условий должны иметь необходимую угловую координацию, опорной технологической базой являются специально фрезерованные площадки на щеках [4] . По окончании изготовления коленчатые валы обычно подвергают динамической балансировке в сборе с маховиком (автомобильные двигатели).

В большинстве случаев коленчатые валы предусматривают возможность их перешлифовки на ремонтный размер (обычно 4-6 размеров, ранее было до 8). В этом случае коленвалы шлифуют вращающимся наждачным кругом, причём вал проворачивается вокруг осей базирования. Конечно, эти оси для коренных и шатунных шеек не совпадают, что требует перестановки. При перешлифовке требуется соблюсти межцентровое состояние, и согласно инструкции, валы после шлифовки подлежат повторной динамической балансировке. Чаще всего это не выполняют, потому отремонтированные двигатели часто дают большую вибрацию. При шлифовании важно соблюсти форму галтелей, и ни в коем случае не прижечь их. Неправильная обработка галтелей часто приводит к разрушению коленчатого вала [ источник не указан 575 дней ] .

Наплавка электрической дугой

Когда износ выходит за допустимые значения, то восстановить одной шлифовкой невозможно. Нужно восстановить изначальный диаметр, а только потом приступать к проточкам и шлифовальным работам.

Самый простой способ заключается в наплавке. Используют специальные электроды, изготовленные из легированных сталей. После наплавки получают наплавленный слой высокой твердости.

При выполнении этой операции стремятся выполнить несколько основных требований.

  1. Нужно отрегулировать процесс так, чтобы основной металл, расположенный на шейках, проплавлялся минимально. Здесь возможны варианты изменения наклона электрода. Его позиционируют в разных направлениях.
  2. При наплавлении поверхностный слой должен минимально перемешиваться с телом детали. Тогда не произойдет перегрев, который может привести к деформации коленвала и нарушению его геометрии.
  3. При проведении наплавки сразу после завершения наплавления слоя на определенной шейке нужно оперативно охладить деталь. Поэтому производственный цикл может иметь высокую продолжительность, требуется частое охлаждение изделия.
  4. Выполняя наплавку, необходимо минимизировать толщину наплавляемого слоя. Последующая обработка механическими приспособлениями обязана быть минимальной. Поэтому сварочное оборудование наносит слой, измеряемый долями миллиметра.

Технология наплавки на поверхность детали:

Несколько ремонтных предприятий, разбросанных по стране, производят восстановление коленчатых валов и других деталей методом наплавки. Особенно актуальна подобная работа для импортных автомобилей, у которых возникают трудности с приобретением ремонтных комплектов запасных частей (у некоторых подобные опции не предусмотрены вообще, изготовитель предусматривает полную замену ДВС).

Последовательность работ по замене коленчатого вала

1. На «венец» маховика установить фиксатор коленвала MP 1-223 (он будет препятствовать вращению коленвала). Положение А для затяжки, В — для ослабления.

2. Открутить болты крепления маховика 15, демонтировать маховик.

3. Открутить болты 13 и, вытащив установочный штифт, демонтировать колесо датчика коленвала.

4. Открутив по периметру болты 1 и 17, демонтировать прижимной передний фланец 3, передний сальник 2, промежуточную пластину 16, уплотнительную прокладку 18.

5. Раскрутить болты 10, демонтировать крышки коренных шеек, верхние половинки подшипников 7 и полукольца 8.

6. Выполнить выемку вала 6 из блока двигателя, убрать нижние части подшипников 4 и полуколец.

7. Произвести дефектовку, шлифовку, балансировку коленчатого вала. Выполнить очистку постелей коленвала и блока двигателя.

8. Установку коленчатого вала выполнить в последовательности, обратной разборке. При монтаже колеса положения коленвала выполнить контроль размера превышения установочного штифта 11 согласно со схемой проверки.

9. После монтажа коленчатого вала в блок двигателя произвести контроль биений.

Существует целый ряд концепций двигателей внутреннего сгорания, в которых коленчатый вал и шатуны заменены на другие узлы. На сегодняшний день коленчатый вал со стандартной компоновкой оптимально подходит для крупносерийного производства, а «безшатунные» двигатели — единичные экспериментальные экземпляры.

Неисправности [ править | править код ]

При эксплуатации из-за разных причин могут наблюдаться такие неисправности:

  • износ вала по коренным или шатунным шейкам;
  • изгиб;
  • разрушение вала [5] ;
  • износ посадочных поверхностей под маховик, сальник (сальники), переднюю шестерню.

Разрушение вала происходит от усталостных трещин [5] , возникающих иногда из-за прижога галтелей при шлифовке. Трещины развиваются в некачественном материале (волосовины, неметаллические включения, флокены, отпускная хрупкость) либо при превышении расчётных величин крутильных колебаний (ошибки при проектировании, самостоятельная форсировка по числу оборотов дизеля). Возможна поломка по причине превышения числа оборотов, отказе демпфера, заклинивания поршня [6] . Сломанный вал ремонту не подлежит. При износе посадочных поверхностей могут применяться электрохимическая обработка, плазменная или электродуговая наплавка поверхностей, а также другие решения.

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector